从医学视角深度解析微软医学 Agent 服务 MAI-DxO

背景介绍

作为医学大模型应用领域的从业者，我持续关注行业最新进展。近期，微软发布的一篇论文 Sequential Diagnosis with Language Models 在医学大模型领域引起了广泛关注。微软在该论文中构建了一个名为 MAI-DxO 的 Agent 应用，在复杂病例诊断方面取得了显著突破。

根据论文数据，MAI-DxO 的诊断准确性达到 85.5%，而人类全科医生的诊断准确性仅为 20% 左右。从表面数据来看，这似乎是一场全方位的碾压。下图中红色点位代表人类医生的平均水平，直观地展现了这一差距。

然而，真实情况究竟如何？本文将结合论文内容及具体代码实现，从医学专业视角深入分析 MAI-DxO 的技术方案。

基准测试设计

在深入分析具体方案之前，有必要先了解论文中的测试设计，这也是该研究的一个独特亮点。传统的医学大模型评测往往将复杂病例进行精心包装，包含主诉、现病史、关键检查结果等要素，然后要求模型从预定义的诊断结果列表中选择正确答案。虽然这种测试能够验证大模型的医学推理能力，但与真实临床诊疗流程存在较大差异。

微软在这项研究中引入了一种更贴近真实临床的测试方案——SDBench。这是一个通过真实序贯临床诊疗来评估诊断代理（人类或人工智能）的交互式框架。SDBench 将 304 例来自《新英格兰医学杂志》(NEJM) 临床病理学会议 (CPC) 的病例重新构建为分步诊断流程，其中诊断 Agent 需要自主决定提出哪些问题、安排哪些检查，并自主确定何时做出最终诊断。具体形式如下所示：

在实际测试中，研究团队构建了一个 GateKeeper Agent，该 Agent 根据真实病例数据对诊断 Agent 提出的问题做出响应。例如，当诊断 Agent 要求进行血常规检查时，GateKeeper Agent 会返回真实病例中的血常规检查结果，从而实现无需人工干预的完整自动化评估。

在单个病例测试中，诊断 Agent 首先接收一段简化的病例主诉信息，随后需要做出判断，决定下一步进行哪些检查，并根据检查结果进行下一轮决策——可以要求继续进行检查，或认为信息充分而给出最终诊断。

技术方案详解

下面详细介绍 MAI-DxO 的具体技术实现。整体方案采用现有模型，通过多 Agent 框架编排，构建完整的诊断服务。

方案架构概述

论文中对具体诊疗方案的介绍相对简洁，主要体现在以下架构图中：

该方案主要由五种不同类型的医学角色构建虚拟诊疗小组，各角色协同完成整个诊疗过程。这种角色设计在一定程度上模拟了真实诊疗流程，有助于减轻个体认知偏差并最大化降低医疗成本。具体角色分工如下：

• Dr Hypothesis Agent：维护基于概率排序的鉴别诊断，列出最有可能的三种情况，并在每次发现新情况后以贝叶斯方式更新概率。
• Dr Test Chooser Agent：每轮最多选择三个诊断检查，最大限度地区分不同的鉴别诊断。
• Dr Challenger Agent：充当质疑者角色，识别潜在的锚定偏差，强调相互矛盾的证据，并提出可能推翻当前主诊断的检查。
• Dr Stewardship Agent：在诊断结果相同的情况下，提出更经济的替代方案，并否决低收益的昂贵测试，从而强制推行注重成本效益的检查。
• Dr Checklist Agent：执行静默质量控制，确保模型生成有效的检查名称，并在整个小组的推理中保持内部一致性。

在医学小组给出相应处理后，最后会经历一轮综合性的辩论（论文中称为 Chain of Debate）达成最终共识，确定下一步行动——可以选择提出问题（模拟询问患者沟通）、安排检查（模拟医生开检查单）或做出诊断（如果确定性超过阈值）。

技术实现细节

目前官方尚未开源完整代码，但开源社区已有一个基于 Swarm 的实现 Open-MAI-Dx-Orchestrator，可以参考该项目了解 MAI-DxO 的基本实现思路。

整体流程设计

从现有代码实现可以看出，整个系统采用多轮 Agent 协作模式。在每轮处理中，首先由小组讨论确定下一步行动，然后与 Gatekeeper Agent 进行交互获取必要信息，直至最终得出诊断结果：

def run(self, initial_case_info: str, full_case_details: str, ground_truth_diagnosis: str):
    final_diagnosis = None

    for i in range(self.max_iterations):
        # 小组讨论确定下一步行动

        action = self._run_panel_deliberation(case_state)

        if action.action_type == "diagnose":
            final_diagnosis = action.content
            break

        # 与 Gatekeeper Agent 进行交互，获取必要信息

        response = self._interact_with_gatekeeper(
            action, full_case_details
        )

    # 最终诊断评分

    judgement = self._judge_diagnosis(
        final_diagnosis, ground_truth_diagnosis
    )

单轮处理流程

在单轮处理中，主要是上述五种角色的 Agent 针对当前病例进行针对性处理。与原始论文略有不同的是，实现中构建了一个共识协调员 Agent，用于汇总不同 Agent 的信息并给出最终的下一步行动，充当上述综合性辩论（Chain of Debate）的作用。具体实现如下：

def _run_panel_deliberation(self, case_state: CaseState) -> Action:
    # Dr Hypothesis Agent：维护基于概率排序的鉴别诊断

    hypothesis_prompt = self._get_prompt_for_role(AgentRole.HYPOTHESIS, case_state) + "\n\n" + base_context
    hypothesis_response = self._safe_agent_run(
        self.agents[AgentRole.HYPOTHESIS], hypothesis_prompt, agent_role=AgentRole.HYPOTHESIS
    )
    self._update_differential_from_hypothesis(case_state, hypothesis_response)

    if hasattr(hypothesis_response, 'content'):
        deliberation_state.hypothesis_analysis = hypothesis_response.content
    else:
        deliberation_state.hypothesis_analysis = str(hypothesis_response)

    # Dr. Test-Chooser Agent：选择最优的诊断检查

    test_chooser_prompt = self._get_prompt_for_role(AgentRole.TEST_CHOOSER, case_state) + "\n\n" + base_context
    if self.mode == "question_only":
        test_chooser_prompt += "\n\nIMPORTANT: This is QUESTION-ONLY mode. You may ONLY recommend patient questions, not diagnostic tests."
    deliberation_state.test_chooser_analysis = self._safe_agent_run(
        self.agents[AgentRole.TEST_CHOOSER], test_chooser_prompt, agent_role=AgentRole.TEST_CHOOSER
    )

    # Dr. Challenger Agent：充当质疑者，识别潜在的锚定偏差，强调相互矛盾的证据，并提出可能推翻当前主诊断的检查

    challenger_prompt = self._get_prompt_for_role(AgentRole.CHALLENGER, case_state) + "\n\n" + base_context
    deliberation_state.challenger_analysis = self._safe_agent_run(
        self.agents[AgentRole.CHALLENGER], challenger_prompt, agent_role=AgentRole.CHALLENGER
    )

    # Dr. Stewardship Agent：评估成本效益，确保在预算内进行诊断

    stewardship_prompt = self._get_prompt_for_role(AgentRole.STEWARDSHIP, case_state) + "\n\n" + base_context
    if self.enable_budget_tracking:
        stewardship_prompt += f"\n\nBUDGET TRACKING ENABLED - Current cost: ${case_state.cumulative_cost}, Remaining: ${remaining_budget}"
    deliberation_state.stewardship_analysis = self._safe_agent_run(
        self.agents[AgentRole.STEWARDSHIP], stewardship_prompt, agent_role=AgentRole.STEWARDSHIP
    )

    # Dr. Checklist Agent：质量保证，确保诊断过程符合医学标准

    checklist_prompt = self._get_prompt_for_role(AgentRole.CHECKLIST, case_state) + "\n\n" + base_context
    deliberation_state.checklist_analysis = self._safe_agent_run(
        self.agents[AgentRole.CHECKLIST], checklist_prompt, agent_role=AgentRole.CHECKLIST
    )

    # Consensus Coordinator Agent：综合所有专家意见，做出最终决策

    consensus_prompt = deliberation_state.to_consensus_prompt()
    if self.mode == "budgeted" and remaining_budget <= 0:
        consensus_prompt += "\n\nBUDGET CONSTRAINT: Budget exceeded - must either ask questions or provide final diagnosis."
    action_dict = self._get_consensus_with_retry(consensus_prompt)
    action = Action(**action_dict)
    action = self._validate_and_correct_action(action, case_state, remaining_budget)
    return action

循证医学流程对比分析

近期我阅读了循证医学相关著作 从症状到诊断：循证学指导，其中详细描述了常规循证医学的诊疗流程，具体如下所示：

虽然医学的循证医学流程看起来较为复杂，但整体流程经过抽象简化后如下所示：

将 MAI-DxO 的流程进行抽象简化，并与对应的 Agent 关联起来，可以看到流程如下所示：

通过对比分析可以看出，MAI-DxO 是对当前人类循证医学诊断流程的模拟，并在常规循证医学角色基础上进行了扩展：引入了 Dr Challenger Agent 来发现逻辑偏差与遗漏信息，引入了 Dr Stewardship Agent 来进行检查成本控制。整体流程设计符合医学逻辑，体现了对真实诊疗过程的深度理解。

总结与展望

本文对 MAI-DxO 进行了深入分析，该框架整体设计符合医学逻辑，从现有结果来看，针对复杂病例的诊断，大模型确实展现出了一定优势。然而，这是否意味着大模型在疾病诊断方面能够真正超越人类医生呢？

当前医学知识体系极其复杂，任何单一医生能够掌握的知识都相对有限，因此科室的专业化分工是十分必要的。在复杂病例中，往往需要涉及多个科室的协作，而目前的测试主要针对全科医生或初级保健医生，这些医生远不能代表人类医生的最高水准。如果人类在特定病例中启用多学科会诊，预期准确性应该仍优于 MAI-DxO 框架。

尽管如此，MAI-DxO 确实是一个优秀的跨学科诊断框架，与人类医生结合使用，应该能够带来显著的辅助作用。未来，随着技术的不断发展和医学知识的持续积累，这类 AI 辅助诊断系统有望在提高医疗效率、降低误诊率方面发挥越来越重要的作用。